【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 負(fù)熱膨脹材料是降溫時產(chǎn)生反常膨脹(即熱縮冷脹)的特種功能材料，在精密傳動等高技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。空天大溫差復(fù)雜環(huán)境應(yīng)用要求負(fù)膨脹材料不僅服役溫域?qū)?，而且具備良好的機械承載性。然而，多數(shù)負(fù)膨脹材料為本征脆性的金屬間化合物，強度不足；盡管少部分具有負(fù)熱膨脹效應(yīng)的一級相變合金力學(xué)性能良好，但存在服役溫域窄的先天不足。因此，亟需研發(fā)同時具有高強度和寬使用溫域的負(fù)膨脹材料，從而滿足上述苛刻要求。
 

　　近期，前沿院馬天宇教授團隊基于多主元交互效應(yīng)思想，設(shè)計出了一種高強度寬溫域負(fù)熱膨脹Fe-Co-Ni-Ti多主元合金。該體系的FCC基體降溫時發(fā)生單胞膨脹結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，從而產(chǎn)生負(fù)熱膨脹效應(yīng)；微米尺度的BCC淬火馬氏體和納米尺度的有序FCC顆粒提供強化效應(yīng)，并約束FCC基體的相變動力學(xué)，從而使其具有高強度和寬使用溫域。通過簡單的熱處理調(diào)控異質(zhì)相體積分?jǐn)?shù)，不僅可以進一步提高合金的強度，還可以拓寬負(fù)熱膨脹溫域，甚至獲得零膨脹效應(yīng)。經(jīng)成分和工藝優(yōu)化后，合金負(fù)膨脹溫域超過200K，可滿足航空工業(yè)服役需求；抗壓強度可達2.64 GPa，高于公開報導(dǎo)報道的其他負(fù)膨脹材料(圖1)。因此，該工作為發(fā)展高強度負(fù)膨脹合金提供了新思路，也為大溫差高載荷環(huán)境服役的負(fù)膨脹材料提供了重要候選。
 

 

　　圖1 FeCoNiTi合金的熱膨脹曲線、壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線、主要性能指標(biāo)與其他負(fù)熱膨脹材料的比較
 

　　相關(guān)工作以《超強負(fù)熱膨脹多主元合金》(“Ultrastrong Negative Thermal Expansion Compositionally Complex Alloy”)為題在線發(fā)表于材料領(lǐng)域國際頂級期刊《先進材料》(Advanced Materials)。西安交通大學(xué)前沿科學(xué)技術(shù)研究院為論文第一通訊單位。合作者包括杭州電子科技大學(xué)劉孝蓮博士團隊、四川大學(xué)劉暢博士、前沿院梁傳鑫博士和張華磊教授團隊。前沿院助理教授茍峻銘博士和博士研究生潘贇同學(xué)為論文第一作者，劉暢博士、梁傳鑫博士和馬天宇教授為論文通訊作者。
 

　　研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金項目和金屬材料強度全國重點實驗室等支持。
 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202507767
 

　　馬天宇教授課題組主頁：http://gr.xjtu.edu.cn/web/matianyu/home
 

　　文字：　　前沿院
 

　　編輯：　　王愷悅